一文读懂手机传感器
文 | 传感器技术（WW_CGQJS）
智能手机技术的发展速度快得令人难以想象，这其中就包含传感器技术。手机当中的传感器有能力让我们的生活方式发生重大转变。
手机传感器
手机中的传感器是指手机上的那些能够通过芯片来感应的元器件，如反应距离值、光线值、温度值、亮度值和压力值等。和所有的电子元件一样，这些传感器都在越变越小，性能越来越强，同时成本也越来越低。
通过传感器采集的各种数据，经由手机的程序软件分析计算，生成了各种应用。如今的手机，已经在我们的社交、金融支付、运动监测、娱乐、学习等各方面提供了极其便利的功能。
今天，我们来为您扒一扒手机中的各种传感器
加速度传感器
加速度传感器的概念和重力传感器略微有些重叠，但事实上却又不一样。加速度传感器是多个维度测算的，是指x、y、z三个方向上的加速度值，主要测算一些瞬时加速或减速的动作。比如测量手机的运动速度和方向，当用户拿着手机运动时，会出现上下摆动的情况，这样可以检测出加速度在某个方向上来回改变，通过检测这个来回改变的次数，可以计算出步数。在游戏里能通过加速度传感器触发特殊指令。日常应用中的一些甩动切歌、翻转静音等也都用到了这枚传感器。
加速度传感器功耗小但精度低。通常运用在手机中可用来计步、判断手机朝向的方向。
重力传感器(G-Sensor)
透过压电效应来实现。重力传感器内部有一块重物与压电片整合在一起，透过正交两个方向产生的电压大小，来计算出水平的方向。运用在手机中时，可用来切换横屏与直屏方向。
在一些游戏中也可以通过重力传感器来实现更丰富的交互控制，比如平衡球、赛车游戏等。
光线传感器(Ambient Light Sensor)
光线传感器类似于手机的眼睛。人类的眼睛能在不同光线的环境下，调整进入眼睛的光线。而光线传感器则可以让手机感测环境光线的强度，用来调节手机荧幕的亮度。而因为荧幕通常是手机最耗电的部分，因此运用光线传感器来协助调整荧幕亮度，能进一步达到延长电池寿命的作用。光线传感器也可搭配其他传感器一同来侦测手机是否被放置在口袋中，以防止误触。
距离传感器(proximity sensor)
由一个红外LED灯和红外辐射光线探测器构成。距离传感器位于手机的听筒附近，手机靠近耳朵时，系统借助距离传感器知道用户在通电话，然后会关闭显示屏，防止用户因误操作影响通话。距离传感器的工作原理是，红外LED灯发出的不可见红外光由附近的物体反射后，被红外辐射光线探测器探测到。距离传感器一般是配合着光线传感器来使用。
磁(场)传感器(Magnetism Sensor)
磁场传感器是利用磁阻来测量平面磁场，从而检测出磁场强度以及方向位置。一般用在常见的指南针或是地图导航中，帮助手机用户实现准确定位。
通过磁场传感器，可以获得手机在x、y、z三个方向上的磁场强度，当你旋转手机，直到只有一个方向上的值不为零时，你的手机就指向了正南方。很多手机上的指南针应用，都是利用了这个传感器的数据。同时，可以根据三个方向上磁场强度的不同，计算出手机在三维空间中的具体朝向。
陀螺仪(Gyroscope)
陀螺仪能够测量沿一个轴或几个轴动作的角速度，是补充MEMS加速度计(加速度传感器)功能的理想技术。事实上，如果结合加速度计和陀螺仪这两种传感器，系统设计人员可以跟踪并捕捉3D空间的完整动作，为终端用户提供更真实的用户体验、精确的导航系统及其他功能。手机中的“摇一摇”功能(例如摇动手机就能抽签…)、体感技术，还有VR视角的调整与侦测，都是运用到陀螺仪的作用。
而陀螺仪传感器对于一些感应游戏来说是必需的元件，正是有了这款传感器，手机游戏的交互才有了革命性的转变，用户结合身体多方位的操作对游戏进行反馈，而不仅仅只是简单的按键。
平时手机里标配的都是三轴陀螺仪，可追踪6个方向的位移变化。 三轴陀螺仪可以拿到当前手机在x、y、z三个方向上的角加速度， 用来检测手机的旋转方向。一些翻转手机，接听电话的功能，就是利用角加速度的变化来实现的。
GPS位置传感器
地球上方特定轨道上运行着24颗GPS卫星，它们会不停的向全世界各地广播自己的位置座标与时间戳(timestamp，指格林威治时间1970年01月01日00时00分00秒到现在为止的总秒数)，手机中的GPS模组透过卫星的瞬间位置来起算，以卫星发射座标的时间戳与接收时的时间差来计算出手机与卫星之间的距离。可运用在定位、测速、测量距离与导航等用途。
GPS模块主要作用是通过天线来接收到卫星的坐标信息帮用户定位。随着4G网络普及，GPS被应用在更多场景，比如与智能硬件配合实现远程定位监控，或是设备丢失后定位查找。
指纹传感器
目前主流的技术是电容式指纹传感器，然而超音波指纹传感器也有逐渐流行起来趋势。电容式指纹传感器作用时，手指是电容的一极、另一极则是矽晶片阵列，透过人体带有的微电场与电容传感器之间产生的微电流，指纹的波峰波谷与传感器之间的距离形成电容高低差，来描绘出指纹的图形。
而超音波指纹传感器原理也类似，但不会受到汗水、油污的干扰，辨识速度也更为快速。运用在手机中可用来解锁、加密、支付等等。可以自动采集用户指纹，以此实现保护隐私的效果，通常被用作一种安全措施。
霍尔传感器(Hall Sensor)
霍尔传感器的作用原理是霍尔磁电效应，当电流通过一个位于磁场中的导体时，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力，从而在导体的两端产生电势差。
霍尔传感器安装在手机上主要功能就是使用智能皮套（磁皮套），扣上皮套后屏幕就会在皮套上留出的小窗口中出现一个小窗口界面，用来接听来电或阅读短信。
气压传感器(气压计，barometer)
将薄膜与变组器或电容连接在一起，当气压产生变化时，会导致电阻或电容数值发生变化，借此量测气压的数据。GPS也可用来量测海拔高度但会有10米左右的误差，若是搭载气压传感器，则可以将误差校正到1米左右，有助于提高GPS(全球定位系统)的精度
此外，在一些户外运用需要测量气压值时，此时搭配气压传感器的手机也能派上用场，在iOS的健康应用中，可以计算出你爬了几层楼。
心率传感器
透过高亮度的LED灯照射手指，因心脏将血液压送到毛细血管时，亮度(红光的深度)会呈现周期性的变化。再透过摄影机捕捉这一些规律性的变化，并将数据传送到手机中进行运算，进而判断心脏的收缩频率，得出每分钟的心跳数。
通过检测用户手指上血管每分钟的脉动数量获得用户的心率数据。心率传感器在穿戴设别中比较常见。
血氧传感器
和心率传感器一样，血液当中血红蛋白与氧合血红蛋白对于红光的吸收比率不同，用红外光与红光LED同时照射手指，并测量反射光的吸收光谱，借此量测血含氧量。可用于运动或健康领域的应用。
紫外线传感器
某些半导体、金属或金属化合物的光电发射效应，在紫外线照射下会释放出大量电子，透过检测这种放电效应可计算出紫外线强度。主要用途也在运动与健康领域。探测环境中的辐射水平。
现在应用这种传感器的手机并不多见，而且测算的稳定性也有待进一步观察。
温度传感器
许多智能手机都配置有温度传感器，有的还不止一个。区别就在于它们的目的是监测手机内部以及电池的温度。如果发现某一部件温度过高，手机就会关机，防止手机损坏。 扩展功能方面，温度传感器也能检测外界空气中的温度变化，甚至是用户当前的体温。
当今智能手机的技术水平快速更新，很大程度来源于手机中的传感器技术的创新突破，利用基础传感器的集成应用和软件支持，手机研发人员开发出了许多酷炫的手机功能
超级安全的3D超声波指纹识别
手机集成了骁龙820芯片组和骁龙Sense ID，其中骁龙Sense ID采用了高通最新开发的超声波技术，实现了3D指纹识别功能。
指纹按压识别技术当前已经成为一些智能手机的标准配备 。而高通骁龙Sense ID与此前技术不同，在用户手指有少量污垢或潮湿的情况下仍能工作，甚至能穿透玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石、塑料等设备进行识别。这意味着手机生产商可以将传感器和设备融为一体，而不必将指纹识别单元单独做成一个按钮这种形式。
超声波指纹识别技术的三大优势
因此， 超声波指纹识别技术可以放入平板的屏幕窗口之中。另外在安全方面，也有较大提升，超声波早已用在专业的生物识别领域，它可以穿透表皮层，探测指纹的三维细节，让黑客难以仿制指纹侵入用户手机。
虹膜识别手机
人眼的虹膜比指纹更复杂，因此手机解锁采用虹膜识别比指纹识别更加安全。 用户只需先通过专用App拍摄眼球，将眼部虹膜图案登录到终端上，从此便可安全使用。虹膜手机将成为大家支付的钱包、银行的金卡、开门的钥匙、通关的证件、医保的凭据，开启了新一代的互联网身份认证方式。
手机内置微型虹膜识别产品，其由成像模块、照明模块和软件算法组成，可以通过内置摄像头来扫描用户的虹膜特征，用户只需短暂凝视屏幕即可。有效识别距离为20~30cm，识别速度达到1s。基于展讯自主研发的椒图安全芯片和元心双操作系统， 从系统成像、特征描述与匹配、安全防伪、用户交互等方面对虹膜识别方案进行优化 ，达到精准的辨识度。
RWB技术打造智美影像
采用RWB技术的手机，配备了F1.8光圈和6P镜头，对比以往RGB技术机型所拍摄的照片，在降噪能力方面提升了80%，感光提升40%，面积更是降低23%，以更小的后置摄像头镜面体积去获取更多的光线，在弱光下的细节表现会更好。
通常使用的拜耳阵列的图像传感器， 采用RGB（红绿蓝）技术， 整个传感器平均而言会挡掉三分之二的入射光线，产生了极大的浪费。RWB（红白蓝）相比传统拜耳阵列传感器，改善最大的就是高感拍摄性能。由于绿色像素被白色像素取代，传感器接收到的有效光线强度几乎翻倍，RWB的高感指标也有了明显提升。
徕卡双摄像头
徕卡SUMMARIT系列双镜头，更好的亮度和清晰度表现，使拍摄相片和视频变得更加轻松。 后置的1200万像素黑白和彩色双摄像头，拍摄效果可不仅仅是两个1200万像素镜头拍摄这么简单。在拍照的过程中，双摄像头同时工作，黑白镜头捕捉细节，成像更清晰；彩色镜头捕捉颜色，色彩更饱满，加上图像合成算法，让细节与色彩愈加融合，拍出的画面栩栩如生，惊艳跃于指尖。
采用激光对焦、深度对焦和对比度对焦相结合的混合对焦技术，可以在瞬间拍摄到画面清晰，层次分明的精彩照片。
全方位健康运动监测手机
这款手机对于用户的健康非常看重，是配备了十大专业传感器的手机，功耗较低，能实现用户24小时对于专业运动应用的使用。另外，更多的传感器让这款手机能够还原用户真实的运动情况，精确到三级台阶的运动情况，同时还能测量心率、血氧和紫外线。在应用算法的支持下，还将能够准确识别用户的步幅和步频。
眼球追踪技术的3D视觉感官体验
“全显手机”概念，它前置两颗摄像头，一颗和普通手机一样用于拍照，而另一颗则用于眼球追踪、捕捉人眼位置，并根据你的眼部位置、瞳距，定制并实时生成相匹配人眼位置的合理视角图象。无论是左右前后移动，都能全程获得舒适、清晰的3D视觉感官体验。
“一屏•双芯•三摄”是全显手机标配。一屏即裸眼3D柱状光栅液晶屏幕，用户无需佩戴3D眼镜就能体验身临其境的3D、VR视界的震撼，而且可以实现2D/3D的自由切换。双芯就是在CPU之外，还有一个独立的VR视觉运动芯片，提升3D/VR渲染速度。三摄即在常规摄像头之外，增加人眼追踪摄像头。
2D/VR自由转换的视像集成手机
手机实现了VR摄像头和手机的融合，配备了四颗摄像头，前后各两颗，可满足360度全景拍摄的需求，实现3D立体效果，同时也可在VR镜头与2D平面镜头之间自由切换。
VR摄像头模组中的CMOS图像传感器像素达到2600万，采用Sony感光器件。超薄VR全景镜头的摄像头模组最厚处仅为23.8mm，为全球最薄的手机VR摄像头模组。VR手机摄像头采用的是单颗双目曲折二合一超广角摄像头模组，这个VR摄像头模组包含两个结构相同的成像系统，每个成像系统由一个200度超广角镜头和成像传感器构成。镜头光路采用90度曲折双光路设计，两个摄像头的光轴一致，大大缩小镜头体积，达到超薄、超轻一体化结构。
VR摄像头模组还通过图像识别、拼接等算法等，将前后VR摄像头取景融合为一个球体，做到两个半球的像素大小、颜色、亮度等参数一致，技术角度上乃是首创。
超声波传感器实现完美全息屏
占比91.3%的全息屏毫无疑问带来的最大优势是视觉上的震撼。传统的智能手机顶部的元器件通常有三个：前置摄像头、基于红外测距原理的接近传感器、听筒，如何把这三个元器件藏起来的呢？
首先，前置摄像头被设计在底部右侧。其次，听筒方面采用陶瓷声学系统替代听筒发声的工作。
而传统基于红外测距原理的接近传感器，被采用了超声波测距传感器来替代。超声波测距传感器将超声波信号转换为电信号，具有频率高、波长短、绕射现象小的特点，能够对液体、固体进行穿透，因此传感器可以隐藏于手机屏幕内部，避免占用屏幕外部空间。
活体指纹传感器手机
采用指静脉识别系统（Live Finger Detection），可以有效防止假指纹骗过指纹识别的保护，让用户放心使用支付宝、微信支付等平台，畅享移动支付的安全与便捷。此外，该机亮屏状态轻触解锁快至0.15秒，为用户带来更加可靠、流畅的使用体验。
该项指静脉纹识别方案是由汇顶科技全球首创并拥有自主知识产权的。该方案将指纹识别传感器和光学传感器集成到一颗模组中，在进行指纹识别的同时，可以通过光学传感器对人体的心率、血液等用户的生物特征来验证用户的指纹信息真实性，从而识别并拒绝伪造或克隆的假指纹，提高支付安全等级。该方案不仅创新地采用单芯片传感器，还具有体积小、封装工艺简单、模组生产简化的优点。
未来传感器的发展可以肯定的是它将更加了解周边环境，也就是说传感器的种类将远不止现在这些。更大胆的设想是，未来的传感器不仅仅是感知，更具备一定的处理能力，传感器传输的不仅仅是数据，或许还有一些智能化的操作和判断。
在传感器的工艺上，传感器集成度越来越高是整个行业共同的认识，越高的集成度给传感器的拓展留下了更多的可能，而且大大节约了设备空间，这更有利于移动设备朝向轻便化的发展。
相信在可预见的将来，我们手机对用户的感知会更加精准，未来它的应用也远比我们现在想象的要更加丰富。
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